Egy tekercs kikapcsolásának pillanatában átfordul a mágneses mező iránya?

Nem tévedsz. A mágneses tér nem "fordul át", hanem egyszerűen összeomlik, megszűnik.

Viszont a mágneses tér VÁLTOZÁSA (azaz a kikapcsolás utáni összeomlása, csökkenése) ellenkező polaritású feszültséget indukál a tekercsben. Ezt lehet kondenzátorban tárolni, majd a tárolt energiát visszajuttatva ismét mágneses fluxust generálni - és mint jól írtad, ez a rezgőkör.

Ilyenkor a két energia tároló (a kondenzátor és a tekercs) egymásnak adogatja át az energiát, amely a veszteségek miatt szépen fokozatosan csillapodó harmonikus rezgésekkel oszcillál.

Amennyiben viszont nincs kondenzátor, akkor energia visszatáplálás sincs, azaz NEM KELETKEZIK újabb, ellenirányú mágneses tér, egyszerűen csak megszűnik a kikapcsolás után.

Pedro

Nos, a valóság az első szólóhoz képest egy kicsit másként fest.

Jól idézi Lenz törvényét, de a lényeg kimarad: az energia reális tekercsben nem tud nyomtalanul eltűnni. a tekercsben tárolt energia az áram megszakításának pillanatában egy íven keresztül vagy a kapcsoló áramkörön keresztül vagy a szórt kapacitásokon keresztül mindenképp kisül.

(mivel az rám változás di/dt minnél gyorsabb az indukálódó feszültség változás annál nagyobb, és a kapcsoló áramkörön keresztül biztos elindul az ellenkező irányú áram)(ha di/dt nagy, a kondenzátor látszólagos reaktanciája annál kisebb, így a legkisebb szórt kapacitás is elég az áram létrejöttéhez.)

Ha ez nem történne meg, akkor a tekercsben "benne maradna" az energia - ami természetesen nem lehetséges.

Így a kikapcsolás pillanatát kell tekinteni, amikor az áram irány megfordul és a kialakuló áramkörben lévő hatásos ellenállásokon keresztül az energia eldisszipálódik.

Az, hogy ez hány lengést fog okozni, az a tekercs szórásából, és az ellenállás (elosztott paraméterű a tekercs huzalja is ide számít) határozza meg.

De reális áramkörben (di/dt nem lehet végtelen, mert az végtelen teljesítményt is jelentene) így mindig megfordul az áram iránya. hogy ennek a megfordult irányú áramnak van e ideje felépíteni és mennyire a reális tekercs (van szórt kapacitás !!!) ellenkező irányú mágnesterét, vagy a rendszer csillapítása akkora, hogy ez egyirányú lecsengés lesz, azt a paraméterek (L,R,C) egymáshoz viszonyított értéke adja meg.

"De reális áramkörben (di/dt nem lehet végtelen, mert az végtelen teljesítményt is jelentene) így mindig megfordul az áram iránya. hogy ennek a megfordult irányú áramnak van e ideje felépíteni és mennyire a reális tekercs (van szórt kapacitás !!!) ellenkező irányú mágnesterét, vagy a rendszer csillapítása akkora, hogy ez egyirányú lecsengés lesz, azt a paraméterek (L,R,C) egymáshoz viszonyított értéke adja meg."

Jól írod, idézlek téged: "a rendszer csillapítása akkora, hogy ez egyirányú lecsengés lesz..."

Amennyiben a tekercshez nem kapcsolódik külön kapacitás, vagyis csak egy magára hagyott tekercsről (és nem rezgőkörről) van szó, akkor MINDIG egyszerű lecsengés lesz.

1. Az ideális esetben a tekercs tisztán induktív, a gerjesztés megszűnésekor összeomló fluxus ellenirányú feszültséget indukál, amely REZGÉSEK NÉLKÜL a tekercs saját zéró belső ellenállásán keresztül 0 sec. időállandóval kisül. Ekkor tehát az a helyzet áll fenn, amit fentebb írtam.

2. Nem ideális esetben (ami a gyakorlatban létezik) a tekercs belső ellenállása nem nulla, a tekercs saját (szórt) kapacitása szintén nem nulla, de ez az utóbbi általában elhanyagolható (igyekszenek ilyenre gyártani a tekercseket), néhány, általában 2...15 pF. Az induktivitás-kapacitás-ellenállás hármasból eredő impedancia majdnem teljesen induktív, az LC időállandó pedig általában nano- vagy pikosec. nagyságrendű. A szabad tekercs természetesen felfogható rezgőkörként is, amelynek VAN induktivitása és kapacitása is, de ez a rezgőkör igen alacsony Q "jósággal" rendelkezik, mivel a tekercs saját kapacitásának és induktivitásának aránya lerontja. Ez azt jelenti, hogy a lecsengés ideje minden esetben KISEBB, mint a rezgőkör periódusideje.

Ez azt jelenti, hogy a szabad tekercs sem ideális esetben, sem pedig nem ideális esetben NEM FOG egyetlen árva rezgést sem végezni. :-)

Pedro

Mielőtt belekötsz: Természetesen van lehetőség arra, hogy a nem ideális esetben is növeljük a rezgőkör Q jóságát. Ezt vagy a kapacitás növelésével lehet elérni, vagy az induktivitás csökkentésével. Mivel szabad tekercsről van szó, az első eset nem nagyon kivitelezhető, tehát marad a második.

A tekercs induktivitását legegyszerűbben a menetszám csökkentésével lehet elérni. Vagyis használjunk 1...1,5...3 menetes tekercset, és akkor a néhány pH induktivitás, és annak néhány pF-os saját kapacitása már valóban alkothat nagy jóságú rezgőkört. Ilyet használnak a tesla-transzformátorokban is (bár ott azért használnak a tekercs saját kapacitásán kívül is KÜLSŐ kondenzátort is).

Az ilyen rezgőkörök frekvenciája igen nagy (külső kondenzátor nélkül több TH (TeraHerz) vagy néhány EH (ExaHerz) tartományba esik, ahol már detektálni sem tudunk hatásokat... A tesla-trafók frekvenciája is néhány GH (GigaHerz) körül mozog, a megvalósítástól függően.

Több menetes (2..5 menet felett) tekercs esetén gyakorlatilag elhanyagolható a saját kapacitás, vagyis erre rezgőkörként tekinteni...... legalábbis megmosolyogtató.

Pedro

Kedves Pedró!

Ajánlom elvégezni a következő kísérletet:

átmérő 70mm 6 menet tekercs 10mm menetemelkedés, a "vezeték" anyaga réz cő (1mm falvastagság külső átmérő 6mm, nagynyomású cső, a vízhűtés számára)ebből építettem indukciós hevítőt. A tekercs kivezetése is ez a cső anyaga , a tekercs kerületétől 100mm hosszan, párhuzamosan.

Tekercs eyik fele oszcilloszkóp föld másik fele oszcilloszkóp mérővezeték. (az oszcilloszkóp bemeneti kapacitása 13pf (tektronix) áramlimites táppal 1 amper áramlimit és a kikapcsolás pillanatában (áramkör bontás) olyan szépen leng a tekercs 8-10 ciklust is hogy még. Én így "hangoltam" (a töltőkondenzátorok párhuzamos kapcsolásával) a kört.

Minden kondenzátor nélkül, csak a mérő és szórt kapacitásokkal is 1-10 MHz tartományba esett a lengés frekvenciája, amit töltőkondenzátorokkal 50-100 kHz körüli frekvenciára állítok be hogy az IGBT eszközök sebessége még bírja az energia pumpálást.

Ezt azért osztom meg, hogy lásd, a néhány menetű légmagos tekercs is leng mindenféle varázslat nélkül is! Pont azért, mert a tekercsben tárolt energia (bármilyen kicsi is ) nem tud elveszni, megsemmisülni. És technikailag már a néhány menetes tekercsnek is van akkora szórt kapacitása hogy kikapcsoláskor lengeni kezd (csillapodóan, nem stabil rezgésekről beszélünk.

Összegzésképpen, tapasztalati okokkal alátámasztva azt gondolom, a tekercsekben kikapcsoláskor gyakorlatilag általában megfordul az áram iránya a kikapcsoló áramkör nem végtelen ellenállása és a szórt kapacitások miatt.

A tekercs lengésének "saját" frekvenciáját (ahol IGBT eszközzel érdemes "pumpálni" hogy menjen a hevítés

"Minden kondenzátor nélkül, csak a mérő és szórt kapacitásokkal is 1-10 MHz tartományba esett a lengés frekvenciája, "

Na azért a 13 pF mérőfej kapacitásod kissé befigyelt... Vagyis a méréssel létrehoztál egy szép (nem ideális) rezgőkört. (Éppen azért adják meg a mérőfejek kapacitását, hullámellenállását, hogy el lehessen kerülni a hasonló "módszeres hibákat".) :-)

"Ezt azért osztom meg, hogy lásd, a néhány menetű légmagos tekercs is leng mindenféle varázslat nélkül is!"

Köszi a megosztást, de a varázslatokban valóban nem hiszek én sem. Annál inkább a mérési hibákban! :-)

"Pont azért, mert a tekercsben tárolt energia (bármilyen kicsi is ) nem tud elveszni, megsemmisülni."

Ezt nem is állította senki. Az energia a tekercs ohmos ellenállásán hővé alakul.

"És technikailag már a néhány menetes tekercsnek is van akkora szórt kapacitása hogy kikapcsoláskor lengeni kezd (csillapodóan, nem stabil rezgésekről beszélünk. "

Igen, mint azt fentebb is írtam, ez (nem ideális rezgőköröknél) a több THz-es tartományba esik. Ezt te a néhány menetes tekercsednél az oszcilloszkóp mérőfejeddel levitted pár MHz-re, majd további kondenzátorokkal 50-100 kHz-re. Eddig ez rendben is van.

"Összegzésképpen, tapasztalati okokkal alátámasztva azt gondolom, a tekercsekben kikapcsoláskor gyakorlatilag általában megfordul az áram iránya"

Ez is igaz, de nem amiatt, amivel TE magyarázod:

"a kikapcsoló áramkör nem végtelen ellenállása és a szórt kapacitások miatt. "

NEM. Ehhez semmi köze a szórt kapacitásnak.

A feszültség (és ezzel az áram) iránya azért fordul meg, mert a fluxus összeomlása ellentétes polaritású feszültséget indukál a tekercsben.

Itt jelenik meg a mágneses tér energiája, és ez az energia alakul hővé a tekercs saját belső ellenállásában.

A szabadon álló tekercs (vagyis NEM rezgőkör) energiáját minden esetben a tekercs belső ellenállása emészti fel.

Ideális esetben 100%-ban, nem ideális esetben pedig MAJDNEM 100%-ban.

Pedro

....egyébként a kérdés meg nem a feszültség, vagy az áram irányának megváltozása volt, hanem a mágneses mezőé. Az pedig ideális tekercs esetén egyáltalán nem fordul meg, nem ideális tekercs esetén pedig ELVBEN néhány pikoszekundumos periódussal megfordulna ugyan (az általad is említett szórt kapacitások miatt), de az alacsony Q érték miatt ez a GYAKORLATBAN nem igen fordul elő.

(Kivéve, ha egy mérőzsinórt csíptetsz rá.) :-)

Pedro

Nos, a megforduló indukált feszültség által csak és kizárólag akkor képes az energia hővé vagy szórt mágneses térré disszipálódni, ha van áram.

Ebben gondolom egyetértünk, hiszen a mágneses térben tárolt energia által indukált ( a mágneses tér csökkenése mint d(fi)) feszültség megjelenik a tekercs kivezetésein.

Valós esetben mivel a kikapcsolás ellenállása végesen nagy (különösen a kikapcsoló eszköz nyitási / zárási sebessége) és még egy tranzisztornak/FET/IGBT eszköznek is van zárt állapotban kapacitása (50pf nagyságrendbe esik).

Ezért mondtam, hogy a kikapcsolás jellegétől függetlenül a megjelenő feszültség áramot indukál, és a tekercs bizony lengeni fog!

Ami a mérési hibát illeti, ez szerintem akkor lenne hiba, ha nem venném figyelembe. A mérésből az az információ a mértékadó, hogy 13pf bemeneti kapacitás már bőven elég a lengéshez.

Tekintettel a teljesítmény kapcsoló eszközök zárt állapotbani kapacitására, biztos vagyok a lengések és az áramirány váltás létrejöttében.

A különleges kapcsoló készüékek képesek kikapcsolni az áramot, (ezek nem hétköznapi szerkezetek), tart már ott a technológia hogy ilyet meg lehet csinálni, de ennek bizony következménye van: a tekercs menetei közt is létrejön az átütés. (Ha dI/dt nagy akkor muszáj d(fí/dt) nek is nagynak lenni, ezért az indukált feszültség is óriási lesz. és ha nem a megszakító üt át, akkor a tekercs menetei közt üt át - ha a szórt kapacitás nem elég a gyors feszültség növekedés meggátlására. De mindenképp megfordul az áram iránya. Légmagos tekercsekre ez még fokozottabban igaz, mert nincs vasveszteség, az energia mindenképp a tekercsben marad.

"Nos, a megforduló indukált feszültség által csak és kizárólag akkor képes az energia hővé vagy szórt mágneses térré disszipálódni, ha van áram."

....ami például a tekercs saját belső ellenállásán folyik át (nézd meg a tekercs helyettesítő képét).

"De mindenképp megfordul az áram iránya."

Ezt írtam én is. De a kérdés nem az áram, hanem a MÁGNESES MEZŐ irányváltása volt. Az pedig nem fordul meg, hanem csak szép csendesen megszűnik, és hővé alakul.

"Légmagos tekercsekre ez még fokozottabban igaz, mert nincs vasveszteség, az energia mindenképp a tekercsben marad."

És melegíti azt. Ennyi.

Pedro